CN103058441B - 一种处理高含盐量酸性废水的方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种处理高含盐量酸性废水的方法，针对高含盐量酸性废水，采用两套耐酸真空膜蒸馏装置和一套耐酸膜扩散渗析装置相结合的工艺方法，实现酸、盐分离以及酸、盐分别回收，达到零排放的处理效果。本发明提供的工艺方法，可应用于稀土、化工等工业废水处理，实现盐、酸的资源回收再利用及废水的零排放，满足环境保护和可持续发展要求。本发明同时还公开了一种处理高含盐量酸性废水的设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种处理高含盐量酸性废水的工艺方法，特别涉及稀土、化工等领域的工业废水处理及酸回收，属于水污染处理技术。本发明同时还涉及处理高含盐量酸性废水的工艺设备。
背景技术
高含盐量酸性废水处理是稀土、化工等工业废水处理的难题之一。此类废水具有较低pH值，通常低于2，具有较高电导率，约30,000-50,000μS/cm，成分复杂，难于处理。
传统的处理方式主要包括沉淀工艺、传统膜工艺和传统蒸发工艺。沉淀工艺在处理此类废水过程中药剂使用量大且造成大量废渣；传统膜工艺如反渗透工艺等在处理此类废水过程中膜耗损腐蚀严重，受限于高含盐量特征往往处理效果不理想；传统蒸发工艺在处理此类废水过程中能耗高、处理速度慢。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种处理高含盐量酸性废水的工艺方法，该工艺方法是基于耐酸真空膜蒸馏工艺的浓缩减量效果与耐酸膜扩散渗析的酸盐分离效果相结合而进行的，其基本思路是从高含盐量酸性废水中回收酸、盐和回用水，浓缩液减量，以达到废水减量化和资源化的目的。本发明的目的还在于提供一种处理高含盐量酸性废水的工艺设备。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种处理高含盐量酸性废水的方法，所述方法具体为：
1）将高含盐量酸性废水过滤以去除悬浮物质；
2）将过滤后的高含盐量酸性废水进行蒸馏浓缩，并同时回收蒸馏水；
3）将浓缩后的高含盐量酸性废水通过扩散渗析法进行阳离子和阴离子分离；
4）将离子分离后的含阳离子的盐水进行进一步蒸馏浓缩，回收盐，并同时回收蒸馏水；
5）将离子分离后的含阴离子的酸液进行进一步蒸馏浓缩，回收酸，并同时回收蒸馏水。
进一步，所述步骤3）中进行离子分离时，同时对含阴离子的酸液进行补水稀释，补水比例1：1，所述补水来自步骤2）和步骤5）中生成的蒸馏水。
进一步，所述步骤2）中的蒸馏温度为50-60℃，蒸馏水冷却液化温度为20-30℃。
进一步，所述步骤2）中浓缩后的废水体积为原废水的60-80%，含盐量增加至原废水的1.25-1.67倍。
进一步，所述步骤5）中浓缩后的酸液体积为原酸液的20-40%，酸浓度增加至原酸液的2.50-5.00倍。
进一步，所述步骤3）中的扩散渗析法，采用耐酸膜扩散渗析装置进行离子分离，所述耐酸膜扩散渗析装置设置有可以延长水流停留时间的折流式流道。
进一步，所述耐酸膜扩散渗析装置内置耐酸均相阴膜，其参数为：交换容量为1.6-2.0 mol/kg（干膜），膜面电阻为2.7 Ω/cm2（25℃），选择透过率为96.2 %，膜厚为0.32-0.34 mm，盐的扩散系数≤1.0×10-6 cm2/s，酸盐分离系数为20-25。
进一步，所述步骤2）、4）、5）中的蒸馏浓缩，采用耐酸真空膜蒸馏装置进行蒸馏，真空度控制在0.04 MPa。
进一步，所述耐酸真空膜蒸馏装置内置中空纤维气膜，其参数为：微孔孔径为0.1-0.2 μm，孔隙率为45-50 %，水通量为100L/h·m2(0.15 Mpa,25 ℃)，透气率为（8.0-9.0）×10-2cm3/cm2·S·cmHg，适用pH值为1-14。
进一步，所述步骤2）中采用耐酸真空膜蒸馏装置进行蒸馏时，废水进水流量设置为1 L/h。
一种处理高含盐量酸性废水的设备，所述设备设置有对溶液进行蒸馏浓缩的耐酸真空膜蒸馏装置，所述蒸馏装置为两套，分别对废水、盐水进行蒸馏浓缩，以及对酸液进行蒸馏浓缩；所述设备还设置有对浓缩废水进行阴、阳离子分离的耐酸膜扩散渗析装置；浓缩废水从第一套蒸馏装置中生成后，流入耐酸膜扩散渗析装置进行阴、阳离子分离，从耐酸膜扩散渗析装置生成的酸液流入第二套蒸馏装置中进行酸回收，从耐酸膜扩散渗析装置生成的盐水回流至第一套蒸馏装置中进行盐回收。
进一步，所述耐酸真空膜蒸馏装置上部设置有进行蒸馏浓缩的热室，热室下部设置有对蒸馏浓缩生成的蒸馏水进行冷却的冷室，热室和冷室之间采用蒸汽传输管道连通。
进一步，所述热室围绕有热水循环腔室，循环腔室内部流入热水对热室内的溶液进行加热；所述冷室围绕有冷水循环腔室，循环腔室内部流入冷水对冷室内的水蒸气进行冷却液化。
进一步，所述热室内设置有中空纤维气膜，所述中空纤维气膜的参数为：微孔孔径为0.1-0.2 μm，孔隙率为45-50 %，水通量为100L/h·m2，透气率为（8.0-9.0）×10-2cm3/cm2·S·cmHg，适用pH值为1-14。
进一步，所述耐酸膜扩散渗析装置设置有并列的盐室和酸室，盐室和酸室中间间隔有耐酸均相阴膜，所述盐室和酸室均设置有溶液输入管、溶液输出管、S型流道。
进一步，所述耐酸均相阴膜的参数为：交换容量为1.6-2.0 mol/kg，膜面电阻为2.7 Ω/cm2，选择透过率为96.2 %，膜厚为0.32-0.34 mm，盐的扩散系数≤1.0×10-6 cm2/s，酸盐分离系数为20-25。
本发明具有以下多个优点及突出性效果：
本发明的工艺方法将耐酸真空膜蒸馏工艺的浓缩减量效果与耐酸膜扩散渗析的酸盐分离效果相结合，针对高含盐量酸性废水，实现酸、盐分离以及酸、盐分别回收，并同时回收纯净的蒸馏水，达到零排放的处理效果，满足废水减量化和资源化要求。
本发明的工艺方法较传统处理工艺，具有处理速度快、能耗低、使用寿命长、无废渣产生的特点。
附图说明
图1为本发明处理高含盐酸性废水方法的流程图；
图2为本发明所采用耐酸真空膜蒸馏装置的立体图；
图3为本发明所采用耐酸真空膜蒸馏装置的主视图；
图4为本发明所采用耐酸真空膜蒸馏装置的剖视图；
图5为本发明所采用耐酸膜扩散渗析装置的立体图；
图6为本发明所采用耐酸膜扩散渗析装置的分解图；
图7为本发明所采用耐酸膜扩散渗析装置的剖视图；
图中：A、耐酸真空膜蒸馏装置，B、耐酸膜扩散渗析装置，B1、耐酸均相阴膜，C、耐酸真空膜蒸馏装置，1、热室，1-1、废水输入管，1-2、溶液输入管，1-3、浓缩溶液输出管，1-4、热水输入管，1-5、热水输出管，1-6、热水循环腔室，2、冷室，2-1、冷水输入管，2-2、冷水输出管，2-3、冷水循环腔室，2-4、蒸馏水输出管，3、中空纤维气膜，4、盐室，4-1、盐水输出管，4-2、浓缩废水输入管，4-3、隔板，5、酸室，5-1、蒸馏水输入管，5-2、酸液输出管，5-3、隔板，6、耐酸均相阴膜。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达到预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图和较佳实施例，对本发明的结构、特征以及功效详细说明如后。
实施例1
如图1所示为本发明处理高含盐酸性废水方法的流程图，图中A设备为第一套耐酸真空膜蒸馏装置，B设备为耐酸膜扩散渗析装置，B1为耐酸均相阴膜，C设备为第二套耐酸真空膜蒸馏装置。
高含盐酸性废水在过滤掉颗粒较大的悬浮物后，首先进入A设备的热室进行蒸馏浓缩，同时可以利用A设备的冷室回收蒸馏水。热室进水流量设置为1 L/h左右，蒸馏温度为50-60℃，真空度控制在0.04 MPa，蒸馏水冷却液化温度为20-30℃。浓缩后的废水体积缩减为原废水的60-80%，含盐量增加至原废水的1.25-1.67倍。
A设备内置中空纤维气膜，其参数为：微孔孔径为0.1-0.2 μm，孔隙率为45-50 %，水通量为100L/h·m2(0.15 Mpa,25 ℃)，透气率为（8.0-9.0）×10-2cm3/cm2·S·cmHg，适用pH值为1-14。需要说明的是，C设备与A设备结构相同，内部设置有同等参数的中空纤维气膜。
将浓缩后的高含盐量酸性废水输入B设备，通过扩散渗析法进行阳离子和阴离子分离。为了提高离子分离效果，在B设备的盐室和酸室中均设置有可以延长水流停留时间的折流式流道。
离子分离后含阳离子的为盐水，留在B设备的盐室，含阴离子的为酸液，进入B设备的酸室，由于需要保持酸室内酸液浓度低于盐室，这样有利于阴离子的进入，所以在离子分离的同时需要对酸液补水稀释，所补充的水可以采用A设备冷室内的蒸馏水，补水比例1：1，该比值为补水与酸液的体积比。
B设备内置耐酸均相阴膜B1，其参数为：交换容量为1.6-2.0 mol/kg（干膜），膜面电阻为2.7 Ω/cm2（25℃），选择透过率为96.2 %，膜厚为0.32-0.34 mm，盐的扩散系数≤1.0×10-6 cm2/s，酸盐分离系数为20-25。
从B设备的酸室流出的酸液进入C设备的热室，进行进一步蒸馏浓缩，可以回收酸，同时可以利用C设备的冷室回收蒸馏水，其中酸回收率可以达到40-80%，浓缩后的酸液体积为原酸液的20-40%，酸浓度增加至原酸液的2.50-5.00倍。
C设备生成的蒸馏水，也可以回流至B设备的酸室对酸液进行补水稀释，但与第一次稀释效果相加，总的补水比例需要控制在1：1。
在本发明方法的处理后期，可以进行盐回收，将B设备盐室内的含阳离子的盐水回流至A设备的热室，进行进一步蒸馏浓缩，可以回收盐，并同时回收蒸馏水。
下面以实际案例作为本发明工艺方法的应用说明：
某稀土生产企业，转型工艺废水属高含盐量酸性废水，pH值为1.25，电导率达到48900 μS/cm，其中：主要阴离子为硫酸盐离子（SO4 2-）和氯离子（Cl-），浓度分别为21227.75 mg/L和1225.4 mg/L；主要阳离子为镁离子（Mg2＋）和钙离子（Ca2＋），浓度分别为3010 mg/L和859.5 mg/L。经本工艺方法处理，进水流量控制在1L/h，酸回收率达到42%。
实施例2
如图2、图4、图5、图6所示为本发明处理高含盐酸性废水设备的结构示意图。
处理高含盐量酸性废水的设备设置有对溶液进行蒸馏浓缩的耐酸真空膜蒸馏装置，所述蒸馏装置为两套，其结构如图2、图3、图4所示，耐酸真空膜蒸馏装置上部设置有对溶液进行蒸馏浓缩的热室1，热室1下部设置有对蒸馏浓缩生成的蒸馏水进行冷却的冷室2，热室1和冷室2之间采用蒸汽传输管道连通。
如图4所示，热室1围绕有热水循环腔室1-6，热水循环腔室1-6内部流入热水对热室1内的溶液进行加热；冷室2围绕有冷水循环腔室2-3，冷水循环腔室2-3内部流入冷水对进入冷室2内的水蒸气进行冷却液化。
如图4所示，热室1内设置有中空纤维气膜3，其参数为：微孔孔径为0.1-0.2 μm，孔隙率为45-50 %，水通量为100L/h·m2，透气率为（8.0-9.0）×10-2cm3/cm2·S·cmHg，适用pH值为1-14。
如图3、图4所示，热室1上设置有废水输入管1-1，用于流入过滤后的高含盐酸性废水，热室1还设置有溶液输入管1-2和浓缩溶液输出管1-3，这两根管道连通中空纤维气膜3，在第一套蒸馏装置中，溶液输入管1-2用于盐水的回流，溶液输出管1-3用于将浓缩后的废水流入耐酸膜扩散渗析装置或回收盐，在第二套蒸馏装置中，溶液输入管1-2用于稀释后酸液的流入，溶液输出管1-3用于回收酸。
如图4所示，热水循环腔室1-6设置有热水输入管1-4和热水输出管1-5，冷水循环腔室2-3设置有冷水输入管2-1和冷水输出管2-2，冷室2设置有蒸馏水输出管2-4。
第一套蒸馏装置对废水、盐水进行蒸馏浓缩，第二套蒸馏装置对酸液进行蒸馏浓缩，其使用方法如流程图图1所示。
处理高含盐量酸性废水的设备还设置有对浓缩废水进行阴、阳离子分离的耐酸膜扩散渗析装置，其结构如图5、图6所示，耐酸膜扩散渗析装置设置有并列的盐室4和酸室5，盐室4和酸室5中间间隔有耐酸均相阴膜6，盐室4设置有盐水输出管4-1，浓缩废水输入管4-2，酸室5设置有蒸馏水输入管5-1，酸液输出管5-2，盐室4和酸室5内部均设置有S型流道，S型流道由隔板4-3、5-3间隔而成，其结构如图7所示。
蒸馏水输入管5-1用于稀释酸液的补水的进入。
如图6所示，耐酸均相阴膜6的参数为：交换容量为1.6-2.0 mol/kg，膜面电阻为2.7 Ω/cm2，选择透过率为96.2 %，膜厚为0.32-0.34 mm，盐的扩散系数≤1.0×10-6 cm2/s，酸盐分离系数为20-25。
浓缩废水从第一套蒸馏装置中生成后，流入耐酸膜扩散渗析装置进行阴、阳离子分离，从耐酸膜扩散渗析装置生成的酸液流入第二套蒸馏装置中进行酸回收，从耐酸膜扩散渗析装置生成的盐水回流至第一套蒸馏装置中进行盐回收。
上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种处理高含盐量酸性废水的方法，其特征在于，所述方法具体为：
1）将高含盐量酸性废水过滤以去除悬浮物质；
2）将过滤后的高含盐量酸性废水进行蒸馏浓缩，并同时回收蒸馏水；
3）将浓缩后的高含盐量酸性废水通过扩散渗析法进行阳离子和阴离子分离；
4）将离子分离后的含阳离子的盐水进行进一步蒸馏浓缩，回收盐，并同时回收蒸馏水；
5）将离子分离后的含阴离子的酸液进行进一步蒸馏浓缩，回收酸，并同时回收蒸馏水；
6) 蒸馏装置为两套，分别对废水、盐水进行蒸馏浓缩，以及对酸液进行蒸馏浓缩；浓缩废水从第一套蒸馏装置中生成后，流入耐酸膜扩散渗析装置进行阴、阳离子分离，从耐酸膜扩散渗析装置生成的酸液流入第二套蒸馏装置中进行酸回收，从耐酸膜扩散渗析装置生成的盐水回流至第一套蒸馏装置中进行盐回收；
7）步骤3）中离子分离的同时对酸液补水稀释，所述补水来自步骤2）和步骤5）中生成的蒸馏水，补水比例为1:1，该值为补水与酸液的体积比。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2）中的蒸馏温度为50-60℃, 蒸馏水冷却液化温度为20-30℃。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2）中浓缩后的废水体积为原废水的60-80%，含盐量增加至原废水的1.25-1.67倍。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5）中浓缩后的酸液体积为原酸液的20-40%，酸浓度增加至原酸液的2.50-5.00倍。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3）中的扩散渗析法，采用耐酸膜扩散渗析装置进行离子分离，所述耐酸膜扩散渗析装置设置有可以延长水流停留时间的折流式流道。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述耐酸膜扩散渗析装置内置耐酸均相阴膜，其参数为：交换容量为1.6-2.0 mol/kg，膜面电阻为2.7 Ω/cm2，选择透过率为96.2 %，膜厚为0.32-0.34 mm，盐的扩散系数≤1.0×10-6 cm2/s，酸盐分离系数为20-25。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2）、4）、5）中的蒸馏浓缩，采用耐酸真空膜蒸馏装置进行蒸馏，真空度控制在0.04 MPa。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述耐酸真空膜蒸馏装置内置中空纤维气膜，其参数为：微孔孔径为0.1-0.2 μm，孔隙率为45-50 %，水通量为100L/h·m2，透气率为（8.0-9.0）×10-2cm3/cm2·S·cmHg，适用pH值为1-14。
9.适用于权利要求1-8任一所述的一种处理高含盐量酸性废水的方法的设备，其特征在于，所述设备设置有对溶液进行蒸馏浓缩的耐酸真空膜蒸馏装置，所述蒸馏装置为两套，分别对废水、盐水进行蒸馏浓缩，以及对酸液进行蒸馏浓缩；所述设备还设置有对浓缩废水进行阴、阳离子分离的耐酸膜扩散渗析装置；浓缩废水从第一套蒸馏装置中生成后，流入耐酸膜扩散渗析装置进行阴、阳离子分离，从耐酸膜扩散渗析装置生成的酸液流入第二套蒸馏装置中进行酸回收，从耐酸膜扩散渗析装置生成的盐水回流至第一套蒸馏装置中进行盐回收。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述耐酸真空膜蒸馏装置上部设置有进行蒸馏浓缩的热室，热室下部设置有对蒸馏浓缩生成的蒸馏水进行冷却的冷室，热室和冷室之间采用蒸汽传输管道连通。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述热室围绕有热水循环腔室，循环腔室内部流入热水对热室内的溶液进行加热；所述冷室围绕有冷水循环腔室，循环腔室内部流入冷水对冷室内的水蒸气进行冷却液化。
12.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述热室内设置有中空纤维气膜，所述中空纤维气膜的参数为：微孔孔径为0.1-0.2 μm，孔隙率为45-50 %，水通量为100L/h·m2，透气率为（8.0-9.0）×10-2cm3/cm2·S·cmHg，适用pH值为1-14。
13.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述耐酸膜扩散渗析装置设置有并列的盐室和酸室，盐室和酸室中间间隔有耐酸均相阴膜，所述盐室和酸室均设置有溶液输入管、溶液输出管、S型流道。
14.如权利要求13所述的设备，其特征在于，所述耐酸均相阴膜的参数为：交换容量为1.6-2.0 mol/kg，膜面电阻为2.7 Ω/cm2，选择透过率为96.2 %，膜厚为0.32-0.34 mm，盐的扩散系数≤1.0×10-6 cm2/s，酸盐分离系数为20-25。
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